横跨18亿光年超级空洞被发现 宇宙或存在“老大”

欧洲航天局用普朗克望远镜拍摄的宇宙冷区图

本报记者 刘园园 　

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宇宙中最大的结构是什么？天文学家的答案可能会出乎你的意料：一个巨大无比的洞。

据英国《卫报》4月21日报道，发表在英国《皇家天文学会月报》上的最新研究发现，宇宙中存在一个超级空洞，这是一团横跨18亿光年的球状物质，其中的星系密度远远低于正常区域。该研究的负责人、夏威夷大学天文学家伊斯特凡·扎普迪称，这团物质 “可能是人类发现的最大的结构”。

宇宙超级空洞的“珠峰”

早在2007年，天文学家就发现一个直径为10亿光年的宇宙超级空洞。与之相比，新发现的宇宙超级空洞要大得多。

最新研究使用坐落于夏威夷哈雷阿卡拉火山的泛星1号望远镜，以及美国国家航空航天局(NASA)的宽视场探测器卫星，测量了30亿光年以外太空区域的星系数量。当然，从宇宙的角度来看，这还是一段相当近的距离。

值得注意的是，宇宙超级空洞并不完全是真空的，它比我们所在的宇宙中的物质少20%。“它只是密度超低而已。”该研究的合作者之一、匈牙利罗兰大学的翁德拉什·科瓦奇说。

这团物质可能听起来没什么不寻常，甚至几乎不像一个单独存在的物质，但鉴于这种规模的宇宙超级空洞的分布情况，科学家认为它的发现是史无前例的。

英国杜伦大学宇宙学家卡洛斯·弗朗克教授把新发现的宇宙超级空洞比作宇宙空洞中的“珠峰”。他认为，肯定存在一个比其余宇宙超级空洞都大的超级宇宙超级空洞。

“这是目前科学家发现的最大的宇宙超级空洞。”科瓦奇认为，综合它的规模以及空洞性，新发现的宇宙超级空洞十分罕见，在可观测的宇宙中，这样大的超级超级空洞可能屈指可数。

可解释宇宙“冷区”

宇宙超级超级空洞的发现得益于先前的天文学研究结果：大约一万个星系正在从太空中消失。扎普迪的科研团队有意去寻找宇宙超级空洞，因为他们相信，它可以解释先前研究所发现的事实——太空的一部分超乎寻常地低温。

这个所谓的宇宙“冷区”在10年前被发现，它为解释大爆炸后宇宙进化过程的最佳理论模型提供了关键支撑。弗朗克说，宇宙冷区引起了众多争议，最关键的问题是，它是如何产生的，它是否会挑战传统理论。

新发现的宇宙超级超级空洞就位于宇宙冷区的中心。科学家认为，宇宙超级空洞可以为宇宙冷区提供部分解释：这个巨大而空洞的区域，吸走了从其中穿过的光的能量。因为假设宇宙在加速扩张，光子在穿越一个空洞区域时会慢下来，温度也会降下来。

具体原理是光子从空洞区域中间穿过时，离浓度更高的宇宙区域更远，它们会将动能转化为重力势能——可以想象它们在爬一座山。如果在一片均匀的宇宙区域，会出现对称的情形，也就是说光子下山走出空洞区域时会重新获得动能，并以同样的速度退出空洞区域。然而，实际上随着宇宙空间被拉伸，物质的密度越来越低，宇宙空洞也会变得更浅。也就是说，当光子翻过宇宙空洞这座山时，山变得更加平坦了，光子无法重获在上山时失去的所有动能，也就是无法恢复之前的速度。如此看来，宇宙冷区的出现与宇宙超级空洞不无关系。

除暗能量外谜团更多

在此之前，观测宇宙冷区的天文学家确认在那片太空区域的更远处并不存在宇宙超级空洞，但是后来，更近的太空区域一直没有得到研究。最新研究则发现，更近处确实存在一个宇宙空洞，而且是超级空洞。

尽管如此，这一发现非但没有完全破解已有的疑团，反而让科学家更为困惑。弗朗克认为，宇宙超级空洞只能部分解释宇宙冷区的温度下降问题，无法为宇宙冷区提供全部答案，这是科学家依旧困惑的地方。

英国伦敦帝国学院的宇宙学家罗伯托·特罗塔博士说：“它只是让之前对宇宙冷区的解释更近了一步，但是现在我们不得不弄明白，宇宙超级空洞本身是如何形成的。它的确太罕见了。”

宇宙超级空洞从侧面证明了“奇异物理学”的存在：总是存在科学家也搞不明白的奇异现象。不过，它的发现还有另外一层意义。宇宙冷区与宇宙超级空洞的观测结果互相吻合，这符合宇宙正在加速扩张的理论——科学家把这种现象归因于暗能量。弗朗克说：“如果有人质疑暗能量存在的话，宇宙超级空洞可以作为暗能量存在的独立证据。”